带有多个天线和至少一个中央通信装置的机动车辆的制作方法

本发明涉及一种具有多个天线和至少一个通信装置的机动车辆，该通信装置被设计用于，为使用者和/或至少一个另外的机动车辆部件提供至少一个通信服务，从而分别经由天线中的至少一个天线发送与相应的通信服务相关的发送信息和/或用于接收与相应的通信服务相关的接收信息。

背景技术：

在机动车辆中应该提供各种通信服务。一方面，应该为使用者提供通信装置，例如集成到车辆中的移动无线电装置。另一方面，各种辅助系统发送或接收信息。例如，要通过多个天线接收GPS信号，并且对于一些驾驶员辅助系统，需要车对车通信或车辆与基础设施之间的通信。因此需要在机动车辆上设置用于相应的通信服务的天线。

机动车辆上的天线可以作为独立的电子部件实现，这些电子部件被安装在现有的结构，如车窗玻璃、外部后视镜、扰流板或保险杠上或被集成到其中。提供相应的服务的控制器经由高频线路与有源天线星形地连接。随着提供的通信服务的数量的增加，所需的天线数量和高频布线量增加。这导致机动车辆的生产成本提高、机动车辆的重量增加，并且需要在机动车辆中提供额外的结构空间。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种相比而言改进的机动车辆。

该目的根据本发明通过一种开头所述类型的机动车辆实现，所述机动车辆针对天线中的每个天线具有相关的天线电路，该天线电路用于将由天线接收的模拟式的接收信号转换为与相应的天线电路相关的数字式的接收数据和/或从与相应的天线电路相关的数字式的发送数据转换成被输送给相关的天线的模拟式的发送信号，通信装置被设计用于，为了发送所述发送信息而产生与天线电路中的至少一个天线电路相关的、依赖于发送信息的发送数据并且将其传输到相应相关的天线电路；为了接收所述接收信息而接收与天线电路或与天线电路中的至少另一个天线电路相关的接收数据并提供依赖于接收数据的接收信息。

因此建议，使用与天线电路进行数字通信的通信装置，该天线电路借助依赖于通过通信装置提供的数字式的发送数据的发送信号实施对天线的模拟控制或实施模拟式地经由天线接收的接收信号到输送给通信装置的接收数据的转换。

通信装置本身可以提供用于使用者的通信服务。例如可以设置输入和/或输出装置，通过该输入和/或输出装置，通信装置提供移动无线电服务，如电话服务、短消息服务、因特网访问或类似服务。补充地或替代地，可以提供用于另外的机动车辆部件的至少一个通信服务。通信服务例如可以被提供用于多媒体装置、与通信装置分开设计的移动无线电装置、使用车对车通信和/或车对基础设施通信的驾驶员辅助系统和/或使用GPS数据的导航装置。

多个天线优选至少部分地彼此间隔开地布置。例如，多个天线可以彼此间隔开地布置在车辆顶部上；和/或可以使用在后视镜中、在扰流板上、在车窗玻璃上和/或在保险杠上的天线。

如果通信服务被提供用于另外的机动车辆部件，则该机动车辆部件与通信装置的通信可以这样地进行，即该机动车辆部件将有效数据以及可选地附加的编码信息提供给通信装置，据此，通过通信装置和/或所涉及的天线电路实施对有效数据的编码，以通过与该通信服务对应的传输协议进行传输。但是，备选地，机动车辆部件也可以提供已经编码的数据，例如发送信号在中频上的数字式表现或用于在传输范围中使用的调制特别是正交幅度调制的符号或调制信号，可以被用作被编码的数据。

发送数据和/或接收数据可以全部或部分地包括发送信息和/或接收信息。在通信装置本身中，在从发送信息到发送数据或从接收数据到接收信息的转换期间不一定发生编码的改变。通信装置可以充当某种路由器，它将提供的发送信息作为发送数据全部或部分地传输到天线电路中的一个或多个天线电路或者从天线电路中的一个或多个天线电路收集接收数据并且作为接收信息来提供。在这种情况下，除了发送或接收信息之外，接收数据或发送数据可以包括可以用于控制相关的天线电路和/或时间同步的协议数据。

备选地，通信装置也可以实施对在发送数据中的发送信息的编码或对在接收信息中的接收数据的解码，例如对载波信号的数字调制或解调。发送信息和/或接收信息可以实质上表示有效数据。发送数据或接收数据可以对应于用于正交幅度调制或解调的信号的调制信号或者发送信号或接收信号的数字式表现，特别是基于到中频的转换。

所述天线电路各包括至少一个模数转换器和/或至少一个数模转换器，其中，所述模数转换器用于将接收信号或由此导出的信号转换成接收数据或由该接收数据包含的数字式的部分接收数据，所述数模转换器用于将发送数据或由发送数据包含的部分发送数据转换成发送信号或可由天线电路的部分电路转变成发送信号的模拟式前置信号。

除了部分发送数据和/或部分接收数据之外，发送数据和/或接收数据可以附加地包括协议数据。该协议数据可以用于通信装置与一个或多个天线电路的时间同步和/或对相应的天线电路的控制。例如可以控制在调制的范围中在天线电路中使用的载波频率、通过移相器调整的相移、阻抗元件的阻抗和/或天线电路的信号放大器的放大因子。

在根据本发明的一不同的实施方式中，接收数据和/或发送数据可以具有不同的格式并且到发送信号和/或接收信号的转换可以用不同的方式来进行。如果发送信号或接收信号的数字式表现作为接收数据和/或发送数据或作为其一部分被传输，则实现了天线电路的特别简单的结构。通信装置和/或向其提供通信服务的机动车辆部件在这种情况下完全地实施发送信息的调制和/或接收信息的解调并且天线电路仅仅用于这些信号的数模转换或模数转换。因此实现一种软件无线电，由此，可使用的发送信号和接收信号只受到通信装置和/或另外的机动车辆部件的程序设置、通过用于接收数据和/或发送数据的通信信道的带宽以及通过模数转换器和/或数模转换器的带宽的限制。

如果发送信号的调制或接收信号的解调至少部分地通过天线电路实施，则可以减少用于发送数据和/或接收数据所需的带宽。调制和/或解调可以数字式地进行。备选地，调制可以在数模转换之后进行或者解调可以在模数转换之前进行。数模转换和/或模数转换可以在比接收信号或者发送信号的载波频率更低的中频上进行。这种频率转换是可能的，例如通过模拟前置信号或接收信号与载波信号的相乘混合以及可选的后续的滤波来实现。

如果使用正交幅度调制，则可以使用两个数模转换器，用于提供两个独立的模拟前置信号，其中的一个模拟前置信号与具有第一相位的载波信号相乘，第二个模拟前置信号与具有被相移90°的相位的、具有相同频率的载波信号相乘。在接收端，可以将一个接收信号通过利用被相移90°的载波信号的相乘混合而转换成两个导出的信号，其可以由两个模数转换器来获取。

通信装置可以被设计用于，产生与天线电路之一相关的、依赖于多个不同的与通信服务相关的发送信息的发送数据和/或提供多个不同的与通信服务相关的、依赖于与天线电路相关的接收数据的接收信息。因此可能的是，将天线中的一个或多个天线分别用于多个通信服务。将一个天线用于通信服务中的多个通信服务可以这样地进行，即该天线在不同时间用于不同的通信服务。但是也可能的是，通过使用多路复用方法，该天线也可以基本上同时地用于通信服务中的多个通信服务。作为多路复用方法，例如可以使用时分复用，其中，在短的时间区间中针对不同的通信服务在接收或发送之间进行切换。但是也可能的是，实施频分复用，其中，针对与不同的通信服务相关的接收信号或发送信号使用不同的载波频率。

但是，也可能的是，多路复用通过天线电路本身来实施。例如，天线电路可以在通信网络中(天线电路通过该通信网络与通信装置连接)通过多个虚拟地址接收发送数据或发送接收数据。通过这些虚拟地址中的每个虚拟地址可以提供用于通信装置的虚拟天线电路。通过多个虚拟地址提供的发送数据可以通过天线电路进行组合，以产生发送信号。接收信号可被这样地转换，即针对各个通信服务，通过不同的虚拟地址提供分开的接收数据。

通信装置可以被设计用于，为了发送与通信服务之一相关的、用于不同的天线电路的发送信息，产生分别相关的发送数据并且将其传输到分别相关的天线电路，和/或提供与通信服务相关的、依赖于与不同的天线电路相关的接收数据的接收信息。由此，一个服务可以通过天线中的多个天线发送和/或接收。

通信装置可以被设计用于，在第一运行模式中，经由与不同的天线电路相关的天线中的每个天线发送与通信服务相关的全部发送信息和/或经由与不同的天线电路相关的天线中的每个天线接收与通信服务相关的全部接收信息。由此，发送信息或接收信息的发送和接收冗余地实施，因而可以提高通信的稳定性。

通信装置可以被设计用于，在第一运行模式中，分别这样地产生与不同的天线电路相关的发送数据，即通过不同的天线电路，产生除了相应预定的信号相位和信号振幅之外相同的传送信号。对于天线电路中的每个天线电路，信号振幅和/或信号相位可以是相同的。但是，也可以改变信号振幅和/或信号相位，例如以使由不同的天线发送的信号的相位抵消最小化。如果发送的数据的接收器的相对位置是已知的，那么对于天线电路中的每个天线电路，可以这样地设置信号振幅和信号相位，即在接收地点处发生建设性干涉。这对应于在发送方向上的所谓的波束成形。信号相位和/或信号振幅可以通过通信装置或通过提供通信服务的机动车辆部件来预先确定。备选地或补充地，可以分别这样地产生发送数据，即发送信号的发送通过天线在不同的载波频率上和/或以不同的编码进行，以实现通过不同的天线冗余地发送所述发送信息。

在现有技术中已知多种方法，这些方法在通过多个天线冗余地发送或冗余地接收相同的信息时能够改善该发送或该接收的稳定性。除了频率分集(在频率分集情况下使用不同发送频率)和空间分集(在空间分集情况下使用彼此间隔开的天线来发送或接收)以外，特别是在接收侧上的最大比合并(MRC)和在发送侧上的所谓的循环延迟和空时分组码(STBC)是重要的。对于最大比合并，经由不同的天线接收的信号被叠加，其中，该叠加以加权的方式进行并且加权因子与在相应的天线上接收的信号的信噪比成比例。当循环延迟方法中，相同的信号被输送给多个天线，不同的延迟时间被用于所述信号，使得从不同的天线发出的信号是相移的。对于空时分组码，同样通过所有使用的天线一起发送相同的信息。但是，该发送分组地(分块地)进行，其中，通过变换矩阵预先确定用于不同的天线的不同的分组(块)的不同的时间重排序。由于根据本发明中央地提供发送数据或中央地收集多个天线的接收数据，所以用于提高稳定性的所述方法可以特别简单地在根据本发明的机动车辆中实施。

所述通信装置可以被设计用于，在所述第一运行模式中，这样地组合由不同的天线电路传输的接收数据，使之对应于带有预定的加权因子和预定的相对相移的、不同的天线电路转换的接收信号的叠加。由此，除了已经解释的MRC组合以外，也可以实施所谓的数字波束成形，其中，在使用多个天线的情况下通过相应地组合接收数据，可以调整通过天线形成的天线阵列的接收灵敏度的限定的方向依赖性。

所述通信装置可以被设计用于，在第二运行模式中，产生与不同的天线装置相关的、依赖于发送信息的相应不同的部分信息的发送数据；和/或由与不同的天线装置相关的接收数据确定接收信息的相应不同的部分并通过组合这些部分来提供接收信息。由此，通过经由不同的天线进行发送信息的不同的部分的发送，或进行接收信息的不同的部分的接收，可以增加通信的数据吞吐量。如果不仅使用多个发送天线而且使用多个接收天线，那么这在通信技术中也被称为多输入多输出(MIMO)。

所述通信装置可以被设计用于，依赖于通信装置的至少一个运行参数自动地在第一运行模式和第二运行模式之间转换。作为运行参数，可以确定由通信伙伴接收到的信号的例如信噪比形式的接收强度和在高的接收质量下可以使用第二运行模式，在该第二运行模式中达到高的通信速度。如果确定接收强度低，那么通过变换到第一运行模式可以提高通信的稳定性。但是，也可能的是，所述运行参数通过机动车辆部件或与服务相关地被预先确定。例如，多媒体服务常常需要高的数据传输速率并且可能使用相对较大的缓冲区大小，因此在第二种运行模式下使用该相对较大的缓冲区大小可能是有利的。但是，如果对通信的实时能力和可靠性的要求高，例如当在驾驶员辅助系统的运行的范围中在不同的车辆之间交换数据时，那么可以使用第一运行模式。也可能的是，在另一种运行模式中将这两种方法相结合，即，设置多个天线组，其中，在一个组内这些天线分别被冗余地使用并且不同的组发送所述发送信息的不同的部分信息或提供接收信息的不同的部分信息。

天线电路中的至少一个天线电路可以用于提供不同类型的传送信号和/或用于将不同类型的接收信号转换成接收数据，其中，不同类型的传送信号和/或接收信号具有彼此不同的载波频率和/或信号编码，其中，通信装置用于控制天线电路，以选择依赖于通信装置的运行参数的载波频率和/或信号编码。

尤其可以根据是通信服务中哪个通信服务当前在通过天线通信，来匹配载波频率和/或信号编码。

所述通信装置可以被设计用于，依赖于所述通信装置的至少一个运行参数，选出一个或多个天线，用于发送所述发送信息和/或用于接收所述接收信息。运行参数可以是一个或多个天线的负荷率、所使用的通信服务和因此例如所使用的频带、用于通信服务需要的连接质量或通信服务的或要接收的接收信息和/或要发送的发送信息的优先级。

可能的是，对于通信服务中的至少一个通信服务来说，由通信服务使用的天线的数量是随时间变化的。例如，如果仅使用一个通信服务，则可以使用全部天线或适用于通过相应的通信服务通信的全部天线进行通信。如果使用者或机动车辆部件要求另一个通信服务，那么可以减少由通信服务使用的天线的数量，以实现通过该另一个通信服务的通信或者可以由两个通信服务共同使用天线中的一些天线或所有天线。

所述天线电路可以具有可变阻抗，经由该可变阻抗可以向天线输送发送信号和/或获取天线的接收信号，所述通信装置用于控制天线电路，以改变阻抗。在根据本发明的机动车辆中，天线可以优选地用于多个通信服务。但是，为了能够有效地发送或接收信号，必要的是，使天线匹配于要接收的或要发送的频率。在许多情况下可以通过匹配阻抗来调谐天线。可变阻抗可以例如通过将电容和/或电阻连接在信号路径中或在信号路径与接地电位之间来实现。

天线电路和通信装置可以被设计用于以时间同步的方式运行。时间同步可以通过向天线电路和通信装置输送公共的时钟信号来实现。也可以使用天线电路和通信装置的内部时钟，该内部时钟通过同步信号来同步，该同步信号在发送数据和/或接收数据的范围中被交换或与之分开地被交换。通过在天线电路和通信装置之间的时间同步可以规定或确定在发送信号或接收信号之间的限定的相位关系。

机动车辆可以包括通信网络，其中，天线电路中的多个天线电路经由所述通信网络与通信装置连接，以传输所述发送数据和/或所述接收数据。例如通过经由网络传输限定的时间同步程序包，还可以将该网络用于天线电路和通信装置的时间同步。

附图说明

以下的实施例和附图示出了本发明的其他优点和细节。附图中示意地示出：

图1和图2是根据本发明的两个机动车辆的实施例，

图3是在图2中示出的机动车辆的天线电路，

图4是在图2中示出的机动车辆的通信装置，以及

图5和图6是在图2中示出的机动车辆中由多个通信服务使用多个天线的示例。

具体实施方式

图1示出了具有多个天线2，3，4，5和通信装置6的机动车辆1。通信装置6用于其它的机动车辆部件7，8，9，10：即移动无线电装置、无线电接收机、驾驶员辅助系统的控制装置，其被设计用于车对车通信、以及接收GPS数据的导航设备，分别提供通信服务，这些通信服务用于经由天线2，3，4，5接收所述接收信息或发送所述发送信息。每个天线2，3，4，5都被分配一个天线电路11，12，13，14。这些天线电路分别用于将由天线2，3，4，5接收的模拟式接收信号转换为与各自的天线电路11，12，13，14相关的数字式接收数据，以及用于将与各自的天线电路11，12，13相关的数字式发送数据转换成被输送给相关的天线2，3，4，5的模拟式发送信号。通信装置6被设计用于，为了发送所述发送信息，产生依赖于该发送信息的发送数据并且将其传输到与相应的发送数据相关的天线电路11，12，13，14，以及为了从天线电路11，12，13，14接收接收信息，分别接收接收数据并且提供依赖于所述接收数据的接收信息。机动车辆部件7，8，9，10经由车辆总线15，例如CAN总线，与通信装置6通信。

图2示出了具有多个天线2，3，4，5的机动车辆1的另一个实施例。示出的部件在其功能上在很大程度上对应于在图1中示出的部件，因此它们用相同的附图标记表示。在图2中示出的机动车辆1与在图1中示出的机动车辆1之间的主要区别在于，天线电路11，12，13，14经由通信网络16与通信装置6通信。不同于天线电路11，12，13，14与通信装置6的星形连接，通信网络16能够实现更简单且更灵活的布线。通信网络16用于传输用于天线电路11，12，13，14的接收数据和发送数据。附加地，用于通信网络16的同步信息被传输，该同步信息实现通信装置6与天线电路11，12，13，14的时间同步。通信网络16可以使用以太网协议。数据传输可以根据低电压差分信号(LVDS)标准执行。

图3示意性地示出了天线电路11的结构。天线电路11经由网络接口17与通信网络16连接。该网络接口17实施网络功能并能够经由通信网络16以预定地址响应天线电路11。经由网络接口17接收的数据被输送给处理装置18，该处理装置例如可以是可编程的微控制器或专用电路。如果所接收的数据是要通过天线2触发其传送发送信号的发送数据，则首先评估与发送数据一起传输的协议数据，以确定用于天线电路11的配置信息。该配置信息一方面用于匹配可变阻抗25，26，另一方面用于启动用于具有限定的频率和限定的相位的载波信号或解调信号的信号发生器21，29。

在所示的天线电路11中，为了调制，使用正交幅度调制。因此，要发送的发送数据被分布到两个信道上，这两个信道的信号通过两个数模转换器19，20分别转换成模拟式的前置信号。模拟式的前置信号分别在乘法混频器22，23中与由信号发生器21提供的载波信号相乘地混合。信号发生器为混频器22提供具有第一预定相位的调制信号并且为混频器23提供与此相比被移动了90°的信号。混频器22，23的输出信号通过模拟加法器24被相加并且经由可变阻抗25输送到天线2。

在天线2处接收到的接收信号经由可变阻抗26被输送给混频器27，28。经由信号发生器29，具有限定的相位和接收信号的载波频率的信号被输送给混频器27并且一个与此相比被相移了90°的信号被输送给混频器28。通过与载波信号的这种混合和未示出的滤波，接收信号的同相分量(I)和正交分量(Q)分别被混合到基带中并且然后经由模拟数字转换器30，31转换。在处理装置18中，经转换的数据被组合并且作为接收数据经由网络接口17被传输到通信装置6。接收数据被加上时间戳，以允许与由另外的天线3，4，5接收的信号相关联。

图4示出了在图2中所示的机动车辆的通信装置6的结构。为了提供通信服务，通信装置6具有用于车辆总线15，例如CAN总线，的接口32，通过该接口，其它的机动车辆部件7，8，9，10可以与通信装置6通信，以使用该通信服务。此外，通信装置具有输入输出接口33，经由该输入输出接口可以将通信装置自己的输入输出装置与通信装置相连接。例如可以设置用于音频输入和输出的转换器，以通过通信装置本身等来实现电话功能或类似功能。处理装置34为不同的服务分配不同的天线2，3，4，5并且因此分配天线电路11，12，13，14。该分配动态地并且这样地进行，即，一方面，一个天线可以由多个服务使用，其中，使用多路复用方法，并且另一方面，一个服务可以使用多个天线，以达到更高的数据速率、通信的更高的稳定性、和/或天线的相互作用，该相互作用用于通过波束成形预先确定一个与方向相关的发送功率或接收灵敏度。

如果多个天线被一个通信服务使用，则在第一运行模式中可以经由所有分配的天线传输由该服务传输的所有发送信息。在第二运行模式中，天线中的每个天线仅传输发送信息的部分信息。天线与服务的分配依赖于针对机动车辆1固定地预先确定的服务的优先级、针对该相应的服务所确定的远程站点(对方站)的接收强度、以及通过通信服务对天线2，3，4，5的负荷程度。在分配天线之后，通过处理装置34为与天线2，3，4，5相关的天线电路11，12，13，14分别产生发送数据集或由它们接收接收数据集，以发送发送信息或确定接收信息。与天线电路11，12，13，14(来自该天线电路或输入该天线电路)的数据传输经由网络接口36进行。此外，同步消息经由网络接口36被发送至天线电路11，12，13，14。为此，通信装置6包括的中央时钟发生器35。

图5和6示意性地示出，如何将不同的通信服务37，38，39，40的发送信息经由装置通信6分配到天线电路11，12，13，14上，并因此分配到天线2，3，4，5，或者如何能从天线电路11，12，13，14的接收数据中确定用于通信服务37，38，39，40的接收信息。纯粹示例性地示出了两种运行状态。在图5中所示的第一运行状态中，一个服务37要发送发送信息41并且另一个通信服务40要接收接收信息50。通信服务37的发送信息41的发送以及通信服务40的接收信息50的接收都分别使用两个天线2，3，4，5。通信服务37是在驾驶员辅助系统的范围中使用的车对车通信，因此希望通信具有高的稳定性。因此，发送信息41分别完全经由天线2，3传输。通信装置6因此确定发送数据42，43，该发送数据被天线电路11，12转换成相同的、但具有相移的发送信号44，45，以减少信号损失。

通信服务40是多媒体信息的接收。为了实现更高的数据吞吐量(数据传输率)，数据作为接收信号46，47通过天线4，5被这样地接收，即通过天线电路13，14向通信装置6传输的接收数据48，49分别仅仅描述一部分接收信息50，据此在通信装置6中将这些部分组合成接收信息50。

图6示出另一种运行状况，在该运行状况中要为通信服务40实现进一步提高的数据吞吐量，因此现在附加地使用天线3作为接收天线。因此接收信号56，57，58被转换成接收数据59，60，61，在通信装置6中基于该接收数据确定接收信息62并将其提供用于通信服务40。通信服务37，38，39在该运行状态下都以低的数据速率和低要求的稳定性发送。因此，对于通信服务37，38，39，仅仅使用在多路运行模式中运行的天线2来发送发送信号55。在此情况下，使用时分多路复用方法，其中，通信服务37，38，39经由天线2交替地发送。因此，输送给天线电路11的发送数据54包括在相继的时窗中的发送数据54，所述发送数据依赖于通信服务37，38，39的发送信息51，52，53而产生。